結晶の空間反転対称性に着目した強相関化合物の超高圧下における新奇量子現象の探索

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05156
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 本多 史憲 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90391268)
• 研究分担者: 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 希土類化合物 / アクチノイド化合物 / 強相関電子系 / 価数転移 / 空間反転対称性 / 高圧下物性

研究実績の概要

f電子を持つ希土類・アクチノイド化合物は，磁気・電荷・多極子秩序，異方的超伝導など特色ある量子物性の宝庫である．本研究課題では，結晶構造に空間反転対称性がない物質，カゴ状化合物，幾何学的フラストレーションを持つ構造など特徴的な結晶構造をもつ化合物にフォーカスして結晶構造に由来した物性を調べること，およびその物性測定手段を開発することを目的としている．今年度の研究実績は以下の通りである．
１. f 電子系化合物で最もポピュラーな結晶構造ThCr2Si2型正方晶をもつEu化合物(EuT2X2)の圧力下での電子物性研究を系統的に行った.Eu化合物は磁気秩序を示す2価のEu(2+)や非磁性の3価のEu(3+)そしてその中間的な価数を持つものなど多彩な基底状態を示す. EuT2X2では比較的低圧下で圧力誘起価数転移が起こると報告されているEuRh2Si2，EuNi2Ge2の単結晶を用いた高圧下電気抵抗測定をおこない，反強磁性状態が一次の価数転移となりその後臨界終点を迎え価数クロスオーバーの状態へ移りかわる様子を詳細に捉えた.得られた圧力―温度相図はEu化合物のユニバーサルな相図として理解できる.
２. 結晶構造に空間反転対称姓のないBaNiSn3型正方晶を持つUIrSi3の純良単結晶育成に世界ではじめて成功した.この物質はTN=42Kの反強磁性体であるが25K以下でc軸方向に磁場をかけると磁気構造が変化するメタ磁性転移を示すことがわかった．詳細な物性については現在測定中である.
３. 局所的に空間反転対称性のない結晶構造を持つU2Ir3Si5やUPtGeの単結晶育成に成功し，強磁場磁化測定をおこなって多段のメタ磁性転移が発生することを明らかにした．この結果は磁気構造や強磁性超伝導体の電子状態に関する知見を与える.

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Eu化合物の圧力下における電子状態の研究は，これまで明らかでなかった磁気秩序から非磁性への電子状態の移り変わりを明確に捉えており多彩な基底状態を示すEuT2X2化合物の物性を理解する上での大きな指針を与えた.また空間反転対称姓を持たない結晶構造を有するUIrSi3の純良単結晶育成に世界ではじめて成功し，磁気異方性を中心とした物性測定が進んでいる. 到達圧力20 GPaのダイヤモンドアンビル型高圧装置の試験がこれからであり，研究は概ね順調に進んでいるといえる．

今後の研究の推進方策

到達圧力20 GPaのダイヤモンドアンビル型高圧装置(DAC)について次年度早々に着手し測定システムへの導入を行う．またこれと同時にSQUID磁束計で使用可能なDACがほぼ実用段階に入ったので，これを用いた磁気測定を進める．育成したUIrSi3の磁性に及ぼす結晶構造の効果を明らかにするためドハース・ファンアルフェン効果や中性子回折実験を早急に行いたいと考えている.

次年度使用額が生じた理由

高圧力発生装置に使用する精密部品の設計・製作に時間がかかったため年度内に納入できなかったため.またSQUID磁化測定用の圧力セルに追加加工が必要であるが，現在の研究に使用中であるため年度内に追加加工ができなかった.

次年度使用額の使用計画

次年度の早い段階で仕様を決定し使用する.圧力ようの精密消耗品の一部についてはすでに発注済みであり，2017年5月には納入予定である.圧力セルの追加加工についても7月頃までを目処に発注する.

研究成果

• [国際共同研究] カレル大学数学物理学部/チェコ科学アカデミー物理学研究所(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: カレル大学数学物理学部/チェコ科学アカデミー物理学研究所
• [国際共同研究] フランス原子力庁/国立強磁場研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: フランス原子力庁/国立強磁場研究所
• [雑誌論文] Effect of Pressure on Magnetism of UIrGe (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiri Pospisil, Jun Gouchi, Yoshinori Haga, Fuminori Honda, Yoshiya Uwatoko, Naoyuki Tateiwa, Shinsaku Kambe, Shoko Nagasaki, Yoshiya Homma, and Etsuji Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 044709-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.044709
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unique Electronic States in Non-centrosymmetric Cubic Compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: MASASHI KAKIHANA, KENGO NISHIMURA, YOUSUKE ASHITOMI, TOMOYUKI YARA, DAI AOKI, AI NAKAMURA, FUMINORI HONDA, MIHO NAKASHIMA, YASUSHI AMAKO, YOSHIYA UWATOKO, TOSHIRO SAKAKIBARA, SHOTA NAKAMURA, TETSUYA TAKEUCHI, YOSHINORI HAGA, ETSUJI YAMAMOTO, HISATOMO HARIMA, MASATO HEDO, TAKAO NAKAMA, and YOSHICHIKA ONUKI
  • 雑誌名: Journal of ELECTRONIC MATERIALS 巻: 46 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1007/s11664-016-5265-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties and Collapse of the Ferromagnetism in UCo1－xRuxAl Studied in Single Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Jiri Pospisil, Petr Opletal, Michal Valiska, Yo Tokunaga, Anne Stunault, Yoshinori Haga, Naoyuki Tateiwa, Beatrice Gillon, Fuminori Honda, Tomoo Yamamura, Vojtech Niznansky, Etsuji Yamamoto, and Dai Aoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 034710-1-10
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.034710
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic and Fermi Surface Properties of Ferromagnets EuPd2 and EuPt2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ai Nakamura, Hiromu Akamine, Yousuke Ashitomi, Fuminori Honda, Dai Aoki, Tetsuya Takeuchi, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko, Yasutomi Tatetsu, Takahiro Maehira, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 084705-1-7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.084705
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large Upper Critical Field of Superconductivity in the Single Crystal U6Co (2016)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki, Ai Nakamura, Fuminori Honda, DeXin Li, and Yoshiya Homma
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 073713-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.073713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Valence Transition and Characteristic Electronic States in EuRh2Si2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Honda, Keigo Okauchi, Ai Nakamura, Dexin Li, Dai Aoki, Hiromu Akamine, Yousuke Ashitomi, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 063701-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.063701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of exotic electronic properties on rare-earth & actinide compounds under high pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Honda, Dexin Li, Keigo Okauchi, Yoshiya Homma, Ai Nakamura, Dai Aoki
  • 雑誌名: MRS Advances 巻: 1 ページ: 2975-2986
  • DOI: 10.1557/adv.2016.373
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] UIrSi3の単結晶育成と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本多史憲, Valenta Jaroslav, Valiska Michal, Bara Vondrackova, Petr Opletal, Jiri Kastil, Prchal Jiri, 李徳新, 青木大, Sechovsky Vladimir
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 磁気秩序を持たないEuNi2Si2とEuIr2Si2の電子状態の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊覇航, 安次富洋介, 中島美帆, 天児寧, 本多史憲, 仲村愛, 青木大, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 価数揺動物質CeIr2Zn20のCd置換効果III (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木佳孝, 土塔寛, 広瀬雄介, 摂待力生, 本多史憲, 三宅厚志, 徳永将史
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 重い電子系化合物UPd2Cd20の強磁場磁化とドハース・ファンアルフェン効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄介, 土塔寛, 鈴木佳孝, 摂待力生, 竹内徹也, 三宅厚志, 徳永将史, 本多史憲, 仲村愛, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] EuCu2(Ge1-xSix)2単結晶の電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大貫惇睦, 屋良朝之, 安次富洋介, 伊覇航, 本多史憲, 仲村愛, 青木大, 中島美帆, 天児寧, 竹内徹也, 木田孝則, 萩原政幸, 辺土正人, 仲間隆男
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] フラストレートした構造を持つCe2MgSi2の磁性と圧力誘起臨界現象 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本多史憲, Jarda Valenta, Jiri Prchal, Milan Klicpera, Ouladdiaf Bachir, 佐藤翔子, 広瀬雄介, 摂待力生, 大貫惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] EuRh2Si2単結晶および関連物質の圧力誘起価数転移と臨界終点 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本多史憲, 岡内啓悟, 仲村愛, 李徳新, 青木大, 赤嶺拡, 安次富洋介, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 量子臨界点近傍にあるEuPt2Si2の単結晶育成と圧力効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 屋良朝之, 安次富洋介, 中島美帆, 天児寧, 本多史憲, 仲村愛, 青木大, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] サイクロイド型磁気秩序を示すUPtGeのPt-NMRによる研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 徳永陽, 仲村愛, 青木大, 服部泰佑, 酒井宏典, 神戸振作, 本多史憲, 本間佳哉, 李徳新, 清水悠晴
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Pressure Evolution of Characteristic Electronic States in EuRh2Si2 (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Honda, K. Okauchi, A. Nakamura, D.X. Li, D. Aoki, H. Akamine, Y. Ashitomi, M. Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2016
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Divalent, Trivalent, Intermediate, and Heavy Fermion Properties in Eu Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshichika Onuki, Ai Nakamura, Fuminori Honda, Tetsuya Takeuchi, Miho Nakashima,Yasushi Amako, Hisatom Harima, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko, Shuei Kayama,Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu, Hiromu Akamine, Keisuke Tomori, Yosuke Ashitomi,Tomoyuki Yara, Masato Hedo, and Takao Nakama
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2016
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of exotic electronic properties on rare-earth and actinide compounds under high pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: F. HONDA, A. Nakamura, D.X. Li, Y. Homma, Y. Hirose, R. Settai, and D. Aoki
  • 学会等名: 2016 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 年月日: 2016-04-01 – 2016-04-01
  • 国際学会 / 招待講演